嵌入式学习 51单片机（2）

GPIO基础与应用

概念：

• GPIO（通用输入/输出）是单片机与外部交互的基础接口，支持两种工作模式：
  • 输出模式：通过设定引脚电平（高/低）控制外部设备（如LED）。
  • 输入模式：检测引脚电平变化（如按键状态）。

类比：

• 输出模式类似控制水龙头开关，输入模式类似观察水流状态。

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按键检测原理

硬件连接：

• 按键K1一端接地（GND），另一端接单片机引脚（如P1_4）。按下时，引脚被拉低（低电平）。

检测逻辑：

• 通过读取引脚电平判断按键状态：

  if ((P1 & 0x10) == 0) {  // 检测P1_4是否为低电平（0x10 = 0001 0000）
      // 按键按下处理
  }

应用场景：

• 车载中控系统需实时检测油温、水温、转速等传感器信号，按键作为输入触发响应。

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中断机制详解

核心概念：

• 中断是CPU响应紧急事件的机制，暂停当前任务处理中断，完成后恢复原任务。

中断源类型（51单片机）：

1. 外部中断（INT0/P3_2、INT1/P3_3）
2. 定时器中断（Timer0/Timer1）
3. 串口中断

中断处理流程：

1. 中断请求触发。
2. 检查中断使能及优先级。
3. 保护现场（寄存器状态）。
4. 执行中断服务函数（ISR）。
5. 恢复现场，继续原任务。

寄存器配置：

• IE寄存器 ：
  • EA=1（全局中断使能）
  • EX0=1（外部中断0使能）
• TCON寄存器 ：
  • IT0=1（下降沿触发）
  • IE0=1（中断请求标志，硬件自动清零）

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定时器原理与配置

定时器作用：

• 产生精确时序，用于外设控制（如PWM、蜂鸣器驱动）。

51单片机定时器：

• 16位自增计数器（Timer0/Timer1），基于晶振频率（如12MHz分频至1MHz，指令周期1μs）。

1ms定时配置：

1. TMOD寄存器 ：
   • 低4位清零，M0=1（16位模式）。
2. 初值计算 ：
   • 1ms = 1000μs → 初值 65536 - 1000 = 64535（0xFC17）。
3. 启动定时器 ：
   • TR0=1（TCON寄存器）。
4. 中断使能 ：
   • ET0=1（定时器0中断使能）。

示例代码：

TMOD &= 0xF0;  // 清零低4位
TMOD |= 0x01;  // 16位模式
TH0 = 0xFC;    // 初值高8位
TL0 = 0x17;    // 初值低8位
TR0 = 1;       // 启动定时器
EA = 1;        // 全局中断
ET0 = 1;       // 定时器0中断

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PWM与蜂鸣器控制

PWM基础：

• 周期：方波重复时间（频率倒数）。
• 占空比：高电平时间占比，控制设备功率（如电机速度）。

蜂鸣器类型：

• 有源蜂鸣器：内置振荡源，通电即发声。
• 无源蜂鸣器：需外部PWM驱动，通过频率调节音调，占空比调节音量。

驱动示例：

// 生成1kHz PWM（周期1ms，占空比50%）
void Timer0_ISR() interrupt 1 {
    TH0 = 0xFC;      // 重装初值
    TL0 = 0x17;
    Buzzer = ~Buzzer; // 电平翻转
}

应用提示：

• 高频率（>20kHz）可用于超声波模块，低频（1-5kHz）驱动蜂鸣器。

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